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1、2016年第10期物理通报中学物理教学参考系试题特点的分析及其教学意义*沈文炳俞贤德(湖北省鄂南高级中学湖北咸宁437100)(收稿日期:20160415)摘要:从概念、分类、选择、坐标系和发展角度总结参考系的知识,运用SOLO分类理论分析近3年高考中关于参考系试题的特点,并尝试从物理学科素养的角度阐释参考系教学的意义.关键词:SOLO参考系学科素养参考系在高中物理教材中多有描述,在物理考理解有如下几点:试说明中属于一级要求.本文对参考系进行总结,从(1)参考系的概念.教材定义参考系为“用来做SOLO分类理
2、论角度分析了近3年高考试题中参考参考的物体”.系的考查特点,并尝试阐述参考系教学对学生物理(2)参考系的分类.教材把参考系分为惯性系学科素养培养的作用.和非惯性系.“在有些参考系中,不受力的物体会保持静止或匀速直线运动的状态,这样的参考系叫做1参考系教学的分析惯性参考系,简称惯性系.以加速运动的火车为参考1.1教材中参考系的解读与总结系,牛顿第一定律并不成立,这样的参考系叫做非惯教材中不同位置都有关于参考系的描述,现归性系.”牛顿运动定律在惯性系中的表达式很简单,纳起来,如表1所示.高中阶段主要选择惯性系来
3、研究物体的运动.表1教材中参考系的描述(3)参考系的选择.“描述一个物体的运动时,位置页码内容参考系可以任意选择……如果选取得当,会使问题必修1第10~12页参考系、坐标系的研究变得简洁、方便.”在高中阶段,大多数直线必修1第57页相对运动及趋势运动问题都是以地面作为参考系;圆周运动都以圆必修1第70页惯性系、非惯性系心作为参考系,比如天体的匀速圆周运动、电子绕原必修2第16~46页圆周及天体运动子核的匀速圆周运动;相对运动(速度)指运动的两必修2第49页经典力学的局限性个物体中以其中的一个为参考系,比如物
4、块在木板必修2第65页重力势能的相对性上滑动、多普勒效应.楞次定律(右手定则)、电磁感选修32第18页电势零点应定律(BLv)中的速度v是以磁场为参考系的.大选修32第9~16页楞次定律及E=BLv量分子无规则运动的速度主要是以质心为参考系.选修33第14页分子动能、势能(4)参考系中的坐标系.“为了定量地描述物体选修34第2页简谐运动的位移的位置及位置的变化,需要在参考系上建立适当的选修34第36页多普勒效应坐标系.”坐标系的应用主要在曲线运动中,比如平选修35第95页相对论简介抛运动、带电粒子在匀强磁场
5、中的偏转.在简谐运动选修35第23页火箭中主要是以平衡位置为坐标原点.坐标系的拓展问选修35第51页原子的核式结构题主要是零势点的确定,比如重力势能零点主要是通过仔细解读,总结高中教材中关于参考系的选地面为主,电势零点一般选择接地或无穷远处,分*“初高中衔接教学研究HBWLXJ14043”和“生成性教学研究HBWLSC14085”课题的阶段性成果之一.—36—2016年第10期物理通报中学物理教学子势能主要是取分子间距离为无穷大时为零势点.(1)考查参考系的试题要求不高,一般都属于(5)参考系的发展.高中教
6、材主要是从经典力单点结构和多点结构.在考试说明中,参考系属于学和相对论角度来阐述参考系的.在高中阶段主要Ⅰ级要求,属于了解层面.近3年关于参考系的考查考查经典力学的问题,相对论很少涉及.都很简单,与考试说明一致.关于参考系的选择,有1.2基于SOLO的高考试题分析的直接说明,属于单点结构,比如2013年江苏卷第Biggs和Collis提出了一种以等级描述为基本12C(2)说明两宇航员的速度是相对空间站的;有的特征的质性评价方法,简称SOLO(structureofthe需要学生判断,属于多点结构,比如201
7、3年浙江卷obervedlearningoutcome).该理论将学生的学习第25题中给出“海水在出口处相对于推进器的速[1]结果按照思维从低到高分为5个不同层次:前结度”,需要学生推理、判断,得出该部分海水相对静止构水平、单一结构水平、多元结构水平、关联结构水海面的速度.平、拓展抽象水平.(2)相对运动的考查是高考的热点,但是考查结合高考物理考试说明,SOLO分类理论中关的重点不是参考系.“物块+木板”模型涉及多运动于参考系考查的能力层次理解如下:处于单点结构过程关联、摩擦力大小和方向变化、加速度大小和方
8、能力层次的学生能简单地理解参考系中的简单问向变化、物理规律选择灵活等特点,是考查的难点,题,比如“一江春水向东流”是选择河岸为参考系;属于关联结构和拓展抽象能力层次,但主要选择地处于多点结构能力层次的学生能根据物体不同的运面为参考系.动选择参考系,使问题的理解变得更简单,比如相对2基于学科素养的参考系教学运动是以两个物体中的一个为参考系,人造地球卫星的运动是以地心为参考系,导体棒在磁场中切割通过参考系的教学,可以
